热轧带钢层流冷却温度建模与控制研究

发布时间：2018-11-13 14:37

【摘要】：层流冷却是钢铁热轧生产中的一个重要的步骤,它主要是使钢板的温度快速下降从而使钢板内部的结构发生变化,这一过程将直接决定钢板的力学性能。层流冷却系统具有多输入、强耦合、强干扰等特点,一直以来都是控制的难点,新阶段钢板质量提高,要求提高轧后冷却温度的控制精度以及控制层流冷却全过程的钢板温度曲线。搭建了热轧带钢层流冷却动态模型。本模型是根据有限元的分析原理,利用层流冷却过程中的物理规律建立起一系列的微分方程,最终计算出层流冷却的过程参数和层流冷却温度场。基于TS模糊模型设计了水冷换热系数的优化方法。本方法首先分析了影响层流冷却过程温度的最关键影响因素——水冷换热系数,然后利用TS模糊模型对水冷换热系数进行建模。利用现场采集的层流冷却过程数据建立起层流冷却水冷换热系数的数据库,并提供了系统温度模型优化的算法。基于PID控制以及多种控制策略设计了层流冷却单点的控制方法。分析了影响层流冷却终冷温度的关键因素,提出将钢板运行速度与厚度的乘积作为一个关键的参考量来设计控制策略。利用PID控制器来实现前段和后段阀门的冷却控制,并利用速度补偿控制、前馈控制等来消除PID控制过程中速度、温度等的波动。设计了一种基于广义预测PID控制方法的层流冷却全过程温度曲线控制方法。该方法利用广义预测控制方法的原理结合PID控制的方法建立起可以预测PID控制器参数的GPC-PID控制方法。将层流冷却过程模型进行线性化处理得到系统的CARIMA模型,结合GPC-PID控制器的方法得到合适的控制器参数,并验证了本方法的有效性。设计了一种层流冷却的智能控制与仿真平台。基于dSpace系统设计了一套包括:PLC、工控机、接口板在内的控制与仿真的系统。利用本系统可以对层流冷却的系统进行智能化的升级,也可以利用本系统对层流冷却过程进行离线的仿真。将上述的理论成果,编写了层流冷却控制软件,使机理模型脱离MATLAB环境。
[Abstract]:Laminar cooling is an important step in hot rolling production of iron and steel. It mainly makes the temperature of steel plate drop rapidly and the internal structure of steel plate change. This process will directly determine the mechanical properties of steel plate. Laminar cooling system, with the characteristics of multi-input, strong coupling and strong interference, has always been the difficulty of control, and the quality of steel plate has been improved in the new stage. The control precision of the cooling temperature after rolling and the plate temperature curve of the whole process of laminar cooling should be improved. A dynamic model of laminar cooling for hot rolled strip was established. According to the principle of finite element analysis, a series of differential equations are established by using the physical law of laminar cooling process. Finally, the parameters of laminar cooling process and the temperature field of laminar cooling are calculated. The optimization method of water cooling heat transfer coefficient is designed based on TS fuzzy model. In this method, the water cooling heat transfer coefficient, which is the most important factor affecting the temperature of laminar cooling process, is analyzed firstly, and then the water cooling heat transfer coefficient is modeled by TS fuzzy model. The database of cooling heat transfer coefficient of laminar cooling water is established by using the laminar cooling process data collected in the field, and the optimization algorithm of system temperature model is provided. A single point control method for laminar cooling is designed based on PID control and various control strategies. The key factors affecting the final cooling temperature of laminar cooling are analyzed. The product of the speed and thickness of steel plate is proposed as a key reference to design the control strategy. The PID controller is used to realize the cooling control of the front and rear stage valves, and the velocity compensation control and feedforward control are used to eliminate the fluctuation of the velocity and temperature in the PID control process. A temperature curve control method for laminar cooling process based on generalized predictive PID control method is designed. Based on the principle of generalized predictive control (GPC) and the method of PID control, the GPC-PID control method which can predict the parameters of PID controller is established. The laminar cooling process model is linearized to obtain the CARIMA model of the system, and the appropriate controller parameters are obtained with the method of GPC-PID controller, and the validity of this method is verified. An intelligent control and simulation platform for laminar cooling is designed. A set of control and simulation system including PLC, industrial control computer and interface board is designed based on dSpace system. The system can be used to upgrade the laminar cooling system intelligently or to simulate the laminar cooling process offline. The laminar flow cooling control software is developed based on the above theoretical results, which makes the mechanism model separate from the MATLAB environment.
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.5

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本文编号：2329457